JPS63230572A

JPS63230572A - 耐酸、耐アルカリ導電性部材

Info

Publication number: JPS63230572A
Application number: JP62061450A
Authority: JP
Inventors: 潤菅原; 細川　周明
Original assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1987-03-16
Publication date: 1988-09-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、化学プラント、電子材料製造プロセス、メッ
キプロセス、電解酸洗プロセス等における酸やアルカリ
の液体や気体が接触する部分で使われる電極１発熱体、
コンダククロール、センサ。

電解酸洗部材として使用される耐酸、耐アルカリ性部材
に関する。

〔従来の技術〕

最近、耐酸材料としてＳｉＣやアルミナ等のセラミック
スが化学プラント等で使用されはじめているが、これら
の材料は導電性材料として使用するには電気抵抗が大き
すぎるため、上記の用途の場合のような導電性を必要と
する場合には、高耐食ステンレス製やクロムメッキ、白
金等の貴金属をコーティングしたものが使用されている
。

また、材質面から見てのセラミックスとして、例えば、
特開昭５５−８５４６４号公報には、高密度、高強度の
高温構造材としてＳｉＣ粉末とＢａ、　　Ｙ、　ｌｒ。

ＨＦ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｍｏ、　　Ｗ、　Ｓｂ、　Ｂ
ｉ、　Ｌａ族炭素、アクチニウム族元素の炭化物、窒化
物、酸化物よりなる炭化珪素粉末組成物が開示されてい
る。また、特開昭５８−１３０１６５　号公報にはＳｉ
ＣとＭｏ、　ＭｏＣ，Ｔａ。

ＴａＣ，Ｗ、ＷＣ及び黒鉛の１種以上を含む炭化珪素摺
動材が開示されている。しかしながら、いずれも、その
耐酸、耐アルカリ導電性部材としての特性に関しては何
ら開示されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、現在実用されている耐酸、耐アルカリ性の
導電性部材は殆どが金属で、その耐食性には限界がある
。また、耐酸、耐アルカリ性の良い貴金属や貴金属のコ
ーテイング品では、非常に高価なものになってしまう。

本発明において解決しようとする課題は、金属材料が有
する耐酸、耐アルカリ性の限界からセラミックスの適用
を考え、この耐酸、耐アルカリ性の良いセラミックスに
耐酸、耐アルカリ性の劣下を極力小さくして導電性を与
えて、普通金属に近い導電性を有する耐酸、耐アルカリ
部材を得ようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は耐酸、耐アルカリ性の極めて良いＳｉＣに着目
し、これに導電性を付加するためにＮｂ　Ｃ。

Ｔａ　Ｃ、Ｗ　Ｃ、炭化モリブデンの１種または１種以
上を複合配合したものを少なくとも表面層として形成す
ることによって、上記課題を達成したものである。

ＳｉＣは非常に酸、アルカリに強い材料であるので、こ
のＳｉＣをセラミックスの母材として使用する。このＳ
ｉＣの出発原料としては、平均粒径として０．５〜１０
μｍの微粉が適当である。

導電性の付与のため、ＮｂＣ，ＴａＣ，ＷＣ，炭化モリ
ブデンの１種または１種以上を複合して使用・　するが
、これらの付与炭化物とＳｉＣの配合の合量は成品全体
の９０重量％以上を占める必要があり、これ以下の場合
、十分な耐食性を維持できなくなる。つまり、配合の合
量を１００重量部にすると、添加助剤、その性感加物の
合計が外掛けで１０重量部を越えないことが必要である
。

また、付与炭化物の添加量は、普通金属並みの導電性（
５×１０３〜１０４Ω−１ｃｍ−１）を得るためには、
４０〜６０体積％が必要で、また５ＸＩＯ’　Ω−１ｃ
ｍ−１種度であれば、２５〜３５体積％が必要になる。

したがって、導電性部材として使用する場合、使用目的
により異なるが、通常２　ＸＩＯ２Ω−Ｉ　Ｃｆｆ１−
１以上の導電性は必要とされるので、付与炭化物の添加
量は２０体積％以上であることが好ましく、この点から
、ＳｉＣは５０〜８０体積％であることが好ましい。

ここで言う体積％で表現した配合割合は、それぞれの化
合物の体積（ｃａｔ）をＶ１重量（ｇ）をＷ１重密度（
ｇ／ｃＩ１１）をρとして示したとき、Ｖ＝Ｗ／ρ によって求め、この比を％によって示したものである。

例えば、ＳｉＣの場合の真密度３．２１ｇ／ｃｊ。

ＮｂＣの場合は７．８２ｇ／　ｃｆｆｌ、　Ｗ　Ｃの場
合は１５．６０　ｇ／ｃｄとして算出した。

これらの付与炭化物は使用条件や経済性を考えて、その
添加量や組合せを決定するが、複合添加することが可能
である。

導電性付与炭化物中では、酸に対する耐食性はＴａＣが
最も優れているが、比重が１４．６５　と大変重く、ま
た重量単価も非常に高価であるため他のものと複合する
ことが好ましい。

本発明の部材の製造方法としては、■セラミックスの焼
結体で部材そのものを製造する方法、■セラミックスの
焼結体のリングや板を金属材料の表面に接着及び／また
は、はめ込む方法、■金属材料にセラミックスを溶射す
る方法等が可能である。

これらのどの方法も耐酸、耐アルカリ性導電部材を得る
有効な方法であるが、■の製造方法は、全体をセラミッ
クスで製造するため大型の部材では経済性に問題がある
が、小型の部材では耐酸、耐アルカリ性ゑ１部材の信頼
性の面から非常に有効である。■は、非常に大きな部材
にも適用可能で、また経済的にも比較的安価であるが、
セラミックス層が非常に薄くなるため、耐食性は■に劣
る。

また、摩耗や機械的衝撃等におけるセラミックス層の信
頼性には問題を残す。■は、■と■の中間を補間するも
のであるが、それぞれ使用条件や経済性により、使い分
けが必要である。

上記、■と■の製造方法の場合、導電性付与炭化物がＳ
ｉＣの焼結に対して殆ど悪影響を与えないため、通常の
ＳｉＣの焼結法を利用して製造することができる。焼結
に際してはＳｉＣ粉末と導電性付与炭化物粉末に焼結助
剤としてＳｉＣ粉末に対して１〜５重１％の炭素と、０
．２〜５重量％の金属ホウ素、Ｂ、Ｃ，ＢＮ、ＢＰ、Ａ
ＩＮ等を混合する。

混合する導電性付与炭化物粉末によって効果的に耐食性
、導電性を発揮させるためには、比較的粒径の細かいも
のが好ましく、平均粒径として０．５〜ｌＯμｍが最も
好ましい。

焼結は、ホットプレスも利用できるが、付与炭化物が焼
結阻害を起すものではないため、非加圧焼結が可能で、
焼結は不活性ガス中１８００〜２２００℃で行う。

得られた焼結体は、耐酸、耐アルカリ部材として利用さ
れるものであるので、気孔率があまり高いと腐食の進行
が速くなるため、低気孔率が望ましく、見掛は気孔率と
して１０％以下が必要で、望ましくは１％以下であるこ
とが好ましい。したがって、焼結体の理論密度比として
も、８５％以上が必要で、９５％以上であることが特に
好ましい。

さらに、得られた焼結体は機械加工されて部材として提
供されるが、表面のみをセラミックス化した部材の場合
には、圧ばめや焼きばめ等によって機械的にセットした
り、ロウ付けやハンダ付は等によって表面に接着して使
用する。

また、製造方法■の溶射方法の場合には、所望の割合に
配合された粉末を金属部材の表面にプラズマ溶射法やジ
ェットコート溶射法等により溶射し、必要によりその表
面を研磨仕上げする。

プラズマ溶射法では、溶射装置でノントランスフアート
アークを発生させ、このアーク中に＾ｒ。

Ｈｅ、　　Ｈ２，Ｎ２等の不活性ガスを供給して作り出
したプラズマ流中に、上記の配合粉末材料を送って溶融
噴射し、皮膜を形成させる。

この配合に利用される粉末原料としては、前記の焼結体
の場合よりは若干粒径の大きなものが望ましく、５〜５
０μｍの平均粒径のものがよい。

このような溶射によって形成されるセラミックス層はあ
まり厚くはできず、通常０．０５〜１．Ｏｍｍ程度で、
耐食性や皮膜の機械的性質の面から０．２〜０．５Ｍ程
度が好ましい。

〔実施例〕

実施例１平均粒径０．８μｍのＳｉＣ粉末粉末７横径１．１μｍ
のＮｂＣ粉末粉末３檀混合粉未配合１００重量部に対してＢ．Ｃ粉末０．５重
量部と、ノボラック樹脂２重量部とをアセトンを溶媒と
してトロンメルで２４時間混合した。

このスラリーをスプレードライにより乾燥造粒し、円柱
状にラバープレス成形した。この成形体はアルゴン中、
２０００℃で２時間焼結した。

得られた焼結体の密度は理論密度の９７％、見掛は気孔
率は０．３％、電気伝導率は室温で１×１０３０−１Ｃ
「゛であった。

この材料を機械加工後、硫酸による耐酸試験を行った。

比較例として、高耐食のステンレスＳ［ＪＳ３１６を同
時に試験した。

耐酸試験は、硫酸１０％溶液中、９０℃に５００時間浸
漬後の重量変化を体積減少率に換算して評価した。

比較例）Ｓ［ＩＳ　　３１６　）体積減少率は、−２５
０　Ｘｌ０−’ｃｍ’／ｃｍ”で４．５ｍｍ／年の減寸
スピードに対応する。

本発明の焼結体の体積減少率は−０．　１８　ｘｔｏ−
’　ｃｍ’　／Ｃ１’で０．００３ｍｍ／年の減寸スピ
ードに対応し、５ＵＳ３１６の１４００倍の耐食性を示
した。

実施例２平均粒径０．８μｍのＳｉＣ粉末粉末５債径０．６μｍ
のＷＣＣ粉末５体混合粉未配合１００重量部に対してＢ．Ｃ粉末０．５重
量部と、ノボラック樹脂１重量部とをアセトンを溶媒と
してトロンメルで２４時間混合した。

このスラリーをスプレードライにより乾燥造粒し、円柱
状にラバープレス成形した。この成形体はアルゴン中２
０００℃で２時間焼結した。

得られた焼結体の密度は理論密度の９５％、見掛は気孔
率は０．８％、電気伝導率は室温で１．２Ｘ１０’Ω−
Ｉ　Ｃ「ｌであった口この材料を機械加工後、ＨＦ（フッ酸）による耐酸試験
を行った。比較として、高耐食のステンレスＳＯＳ　３
１６を同時に試験した。

耐酸試験は、ＨＦ５％溶液中、９０℃に５００時間浸漬
後の重量変化を体積減少率に換算して評価した。

ＳＵＳ　３１６の体積減少率は、−２２０Ｘ　１０−　
’　ｃｕｔ　／　；−ｒｌで３．９ｆｆｌＩＩｌ／年の
減寸スピードに対応する。焼結体の体積減少率は０．９
　Ｘ　１０−’　ｃｔｌ　／　ｃｆｆＩで０．０１６ｍ
ｍ／年の減寸スピードに対応し、ＳＯ３３１６の２５０
倍の耐食性を示した。

実施例３表１には、種々の配合粉末により実施例１と同様の製造
方法により焼結体を製造し、同様の耐酸試験を行った結
果を示した。

実施例４平均粒径０．８μｍのＳｉＣ粉末粉末５猜径１．１μｍ
のＮｂＣ３８体積％と、平均粒径４μｍのＴａＣ粉末粉
末１漬重量部に対してＢ．Ｃ粉末０．５重量部と、ノボラック
樹脂０．７重量部とをアセトンを溶媒としてトロンメル
で２４時間混合した。

得られた焼結体の密度は理論密度の９６％で、見掛は気
孔率は０．３％、電気伝導率は室温で９．２Ｘ１０’Ω
−１Ｃｆｆｌ−１であった。

この材料を機械加工してφ４００　Ｘ１０００ｍｍの円
筒としてＳ［ＩＳのメッキ用コンダククロールにはめ込
んだ。

メッキ液は、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸より
なり、温度は５５〜７０℃であった。

実地試験において通電状態は良好で、１５ケ月経過後で
もまだ使用可能であった。通常使用されているコンダク
クロールはＳＳ材にＣｒメッキされたもので、寿命は１
ｍ２ケ月であった。

実施例５平均粒径５μｍのＳｉＣ粉末を６０体積％、平均粒径８
μｍのＮｂＣ粉末粉末３債ＷＣ粉末１０体積％とこれらよりなる混合粉末配合１０
０重量部に対して平均粒径４μｍの８４Ｃ粉末５重量部
をＶ型ミキサーで１０時時間式混合した。

この混合粉末を用いて、１．　２＋ｎ　Ｘ　１．　２ｍ
のＳ［ｌＳ　３１６電極表面に０．５１１１ｆｌｌの層
をプラズマ溶射した。

このプラズマ溶射電極を電解酸洗用に用いた。

電解液の主成分は、硫酸と硫酸ナトリウムで、温度は６
０〜８０℃であった。

プラズマ溶射電極の通電性は良好であった。また、その
寿命は通常の５ｔｌＳ　３１６　に白金コートしたもの
の８０倍であった。

（以下、この頁余白）表　　　　１２、各配合には更にノボラック樹脂外掛け１重量部を添
加。

３６　　耐酸試験条件は実施例１と同一条件である。

〔発明の効果コ本発明による耐酸導電性部材は、少なくとも部付の表面
をＳｉＣと導電性付与炭化物（ＷＣ，ＮｂＣ。

Ｔａ　Ｃ、炭化モリブデン）により形成することによっ
て、電極や発熱体等に使用するのに十分な導電性をもち
つつ、酸やアルカリに対して十分な耐食性を有すること
ができる。

このため、本発明による部材は、酸やアルカリ溶液中、
酸やアルカリの飛散する箇所、酸やアルカリの気体によ
る腐食のある箇所等で、電極１発熱体やセンサ等の導電
性を必要とする部材として適用することができる。

Claims

【特許請求の範囲】１、少なくとも表面がＮｂＣ、ＴａＣ、ＷＣ、炭化モリ
ブデンの１種または１種以上とＳｉＣとからなり、下記
（イ）および（ロ）の事項を特徴とする耐酸、耐アルカ
リ導電性部材。（イ）ＮｂＣ、ＴａＣ、ＷＣ、炭化モリブデンの１種ま
たは１種以上とＳｉＣとの配合合量１００重量部に対し
て、添加助剤、その他添加物の合計が１０重量部を越え
ないこと。（ロ）ＳｉＣとＮｂＣ、ＴａＣ、ＷＣ、炭化モリブデン
の１種または１種以上の比が５０：５０〜８０：２０の
体積比であること。